Сопоставление фМРТ-реакций мозга здоровых людей при активных, пассивных и воображаемых движениях рукой

Objective: identify the structural features of the brain provision during motor loads of different complexity in healthy subjects. Material and methods. Comparison of fMRI cerebral reactions (individual and group) while active, passive and imagined right or left hand movement were analyzed in 20 right-handed healthy subjects by using paired t-test. Results. During active movements to clenching-unclenching the fingers motor fMRI responses were the more local and reproducible in comparison the bust fingers ones. This fact allows us to recommend this motor task as the most adequate at study of patients with cerebral disorders. The lower intensity of cortical responses and the more activation of subcortical structures was observed during left hand movement in comparison right hand one. During passive movements was observed the low volume of cerebral activation especially in cerebellum and primary motor cortex in comparison active ones. The main cortex fMRI response topography was similar while both active and passive tasks that allowed to use passive paradigm for patients with motor disorders and disturbance of consciousness. During imagined hand movements changes dramatically interplay of activated cerebral structures in comparison real movements: fMRI responses in the sensory-motor area and cerebellum were attenuated while activation of frontal zones and structures of ipsilateral hemisphere was increased. Conclusion. Comparative analysis of fMRI responses during active, passive and imagined hand movements showed that structural specificity of cerebral activity were determined by complexity of motor paradigms and by different including of motor and cognitive programs in their realization.Цель исследования: выявление особенностей структурного обеспечения работы мозга здоровых людей при двигательных нагрузках разной сложности. Материал и методы. У 20 здоровых праворуких людей проведена сравнительная оценка индивидуальных и групповых фМРТ-ответов (3Т) при активном, пассивном и воображаемом движении правой или левой рукой с использованием парного t-теста. Результаты. Выявлена большая локальность и воспроизводимость фМРТ-ответов при сжимании пальцев в кулак по сравнению с перебором пальцев, что позволяет рассматривать эту двигательную нагрузку как наиболее адекватную при исследовании больных с церебральной патологией. При работе левой рукой отмечается меньшая по сравнению с правой рукой интенсивность корковых ответов и большая активация подкорковых структур. При пассивной двигательной нагрузке по сравнению с активно выполняемым движением отмечается снижение объема активации мозга, наиболее резко выраженное в мозжечке и первичной моторной коре. Значительное сходство топографии основного коркового фМРТ-ответа при этих двигательных пробах позволяет рекомендовать использование пассивной двигательной парадигмы у больных с двигательными расстройствами и нарушением сознания. При воображаемых движениях по сравнению с реальными резко меняется соотношение активируемых структур мозга: отмечается ослабление фМРТ-ответов, наиболее резко выраженное в мозжечке и сенсомоторной области, при нарастании активации лобных отделов и структур ипсилатерального полушария. Выводы. Сравнительный анализ фМРТ ответов при выполнении разных двигательных задач позволил установить, что структурные особенности их обеспечения определяются степенью сложности исследуемых двигательных парадигм и разным включением моторных и когнитивных программ в их реализацию

Возможности МР-динамического контрастирования в дифференциальной диагностике первичных и вторичных опухолей головного мозга

Aim: the article is devoted to determine the capabilities of T1-dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) in differentiation diagnosis primary and secondary brain tumors. Materials and methods. The analysis was based on data generated from MRI examinations using a T1-DCE protocol of 74 patients with intracerebral tumors: gliomas - 24 (32.4%) cases (glioblastoma - 17, astrocytoma - 5 and oligodendroglioma - 2), meningioma - 23 (31.1%) and metastases - 27 (36.5%) cases (melanoma - 8, breast cancer - 7 and lung cancer - 12). MRI was performed on 3,0-T scanner (Skyra, Siemens AG, Erlangen Germany) and included following sequences: a) routine sequences in axial direction before contrast agent injection (T1-SE, T2-SE, T2-FLAIR, DWI), b) T1-Vibe with two different flip angles and DCE-protocol, c) T1-VIBE in axial direction after contrast injection with 3D-reconstruction. Results. The highest average Ktrans and Ve were observed in meningiomas (0.097 ± 0.019 min-1 and 0.151 ± 0.017), the lowest in gliomas Grade I-II (0.022 ± 0.001 min-1 and 0.029 ± 0.003). The highest average were in melanoma mts (1.14 ± 0.331 min-1) and lowest - in breast cancer mts (0.063 ± 0.193 min-1). Conclusion. DCE MRI - potentially perspective and demanding further studying method allowing to assume possibility of carrying out effective differential diagnostics of various brain tumors by a cumulative assessment of the pharmacokinetic parameters providing valuable information on hemodynamic and proliferative properties of tumor tissue.Цель исследования: оценка возможностей методики МР-динамического контрастирования (МР-ДК) в дифференциальной диагностике первичных и вторичных новообразований головного мозга. Материал и методы. В исследование включены результаты МР-исследований с использованием МР-ДК, которые были проведены у 74 пациентов с впервые выявленным поражением вещества головного мозга, не получавших предшествующего противоопухолевого лечения. Гистологическое исследование: глиальные опухоли - у 24 (32,4%) пациентов (из них глиобластомы - 17, астроцитомы - 5, олигодендроглиомы - 2), менингиомы - у 23 (31,1%), метастазы в веществе головного мозга - у 27 (36,5%) (метастазы меланомы - у 8, рака молочной железы - у 7, рака легкого - у 12). МР-исследования выполняли на томографе с напряженностью поля 3,0 Тл при использовании 20-канальной головной катушки (Skyra, Siemens AG, Erlangen Germany). Каждое исследование включало в себя: а) стандартные последовательности в аксиальной проекции до внутривенного (в/в) введения контрастного вещества - T1-SE, T2-SE, T2-FLAIR, DWI, б) две последовательности T1-VIBE с разными углами отклонения и МР-ДК последовательности c отсроченным болюсным в/в введением контрастного вещества, в) в завершение T1-VIBE после внутривенного контрастирования с последующей 3D-реконструкцией. Результаты. Наиболее высокие средние показатели Ktrans и Ve были выявлены в менингиомах (0,097 ± 0,019 мин-1 и 0,151 ± 0,017 соответственно), самые низкие - в глиальных опухолях низкой степени злокачественности (0,022 ± 0,001 мин-1 и 0,029 ± 0,003 соответственно). Наиболее высокие средние показатели Kep выявлены в метастазах меланомы (1,14 ± 0,331 мин-1), наиболее низкие - в метастазах рака молочной железы (0,063 ± 0,193 мин-1). Заключение. МР-ДК - потенциально перспективный и требующий дальнейшего изучения метод, позволяющий предполагать возможность проведения эффективной дифференциальной диагностики различных новообразований головного мозга путем совокупной оценки фармакокинетических параметров, предоставляющих ценную информацию о гемодинамических и пролиферативных свойствах опухолевой ткани

Опыт фМРТ-анализа состояния покоя (resting state) здоровых испытуемых с использованием программного обеспечения FSL

FMRI RS analysis is an adequate for basic level human brain’s functional activity study in health and pathology. However there is no recognized processing algorithm, convenient for clinic. Objective: allocation of a typical RS networks in healthy people based software FSL and analysis of a number of qualitative and quantitative indicators of potentially promising for comparison with cerebral pathology. Materials and methods. We conducted a pilot RS studies (fMRI 3T) in 12 healthy volunteers according ICA as implemented in FSL software. Based on published data contained in the introduction, differentiated artifact (cerebrospinal fluid, vascular) and typical neural network RS. We analyzed the last in the group taking into account the observations of gender and profile motor hemispheric asymmetry. Particular topography as well as a number of integrated quantitative indicators of RS networks activity was tested: the total volume and intensity of activation as well as power spectrum frequency characteristics of hemodynamic signals (average frequency, dominant frequency peak). Results. Each the subject has been allocated 7-8 network RS, similar to those described in the literature basic “reference networks”. A comparison of the frequency and integrated activity indicators of these networks to the individual characteristics of the subjects showed descriptiveness considered quantitative parameters. A more detailed analysis of DMN network, showed considerable variation in the “volume of network” in healthy people, while the intensity parameter activation small differences of values (ie more stable) in the norm, but is changing dramatically in patients with traumatic brain injury. Relatively low variability in norm is also characterized by the average frequency of the spectrum’s active zone. Conclusion. These data demonstrate the correctness of the used FSL algorithm for fMRI resting state analysis and perspectivity of using some integrated quantitative indicators for fMRI activity assessment of healthy and sick human brain.Анализ фМРТ в состоянии покоя (resting state, или RS) представляется адекватным методическим подходом к исследованию базового уровня функциональной активности головного мозга человека в норме и патологии, включая пациентов с глубокими когнитивными и двигательными нарушениями. Однако при наличии нескольких алгоритмов обработки этого феномена признанный стандарт отсутствует. Цель исследования: выделение типичных сетей (коннектомов) RS у здоровых людей на базе программного обеспечения FSL и анализ ряда качественных и количественных показателей, потенциально перспективных для сопоставления с церебральной патологией. Материал и методы. У 12 здоровых испытуемых провели пилотные исследования resting state фМРТ 3 Т по алгоритму независимых компонент (ICA) в программе FSL. На основе литературных данных, приведенных во введении, дифференцировали артефактные (ликворные, сосудистые) и типичные нейронные сети RS. Анализировали представленность последних в группе наблюдений с учетом гендерной принадлежности и профиля моторной межполушарной асимметрии. Наряду с особенностями топографии отдельной сети оценивали ряд интегральных показателей (общий объем и интенсивность активации), а также частотные характеристики спектра мощности (средняя частота, частота доминирующего пика) гемодинамических сигналов. Результаты. У каждого испытуемого было выделено по 7-8 сетей RS, сходных с описанными в литературе основными “эталонными сетями”. Результаты сопоставления интегральных и частотных характеристик активности этих сетей с индивидуальными особенностями испытуемых показали информативность рассматриваемых количественных параметров. Установлено, в частности, что объем активации сети DMN здоровых людей более вариативен, тогда как параметр интенсивности активации характеризуется меньшим разбросом значений (т.е. более стабилен) в норме, но резко меняется у пациентов с черепно-мозговой травмой. Относительно малой вариативностью в норме характеризуется также средняя частота активной зоны спектра. Заключение. Полученные данные подтверждают корректность предлагаемого подхода и свидетельствуют о перспективности использования рассмотренных количественных показателей RS для фМРТ-оценки активности здорового и больного мозга человека

Диффузионно-куртозисная МРТ в диагностике злокачественности глиом головного мозга

Purpose. To assess the diagnostic efficacy of diffusion kurtosis inaging in grading of brain gliomas. Material and methods. Absolute and normalized to the contralateral normal appearing white matter values of diffusion tensor parameters (mean, axial and radial diffusivities, fractional and relative anisotropies) and diffusion kurtosis parameters (mean, axial and radial kurtosis, kurtosis anisotropy) of tumors were compared in the most malignant solid parts of 27 (44%) low grade gliomas, 14 (23%) grade-III and 20 (33%) grade-IV gliomas (p < 0.05 significance level, Kolmogorov-Smirnov test). Results. Absolute and normalized values of all diffusion parameters (except of absolute fractional and relative anisotropies) were significantly different between high and low grade gliomas, and maximal sensitivity and specificity were found for normalized values of mean kurtosis (85,19% and 85,29%) and radial kurtosis (85,19% and 85,29%). Absolute and normalized values of all diffusion parameters (except of absolute and normalized values of fractional and relative anisotropies) differed significantly among grade-III and grade-IV gliomas, and maximal sensitivity and specificity were found for absolute mean kurtosis (92.86% and 90.00%). Only normalized values of mean, axial and radial kurtosis were significantly different between low grade and grade-III gliomas, and maximal sensitivity and specificity were found for normalized values of mean kurtosis (77.78% and 78.57%) and axial kurtosis (77.78% and 78.57%). Conclusion. Diffusion kurtosis imaging demonstrated a promising potential to differentiate among glioma grades. Kurtosis parameters better differed between gliomas grades compared with diffusion tensor parameters.Цель исследования: оценить возможности диффузионно-куртозисной МРТ в диагностике злокачественности глиом. Материал и методы. В исследование включен 61 пациент (27 (44%) глиом низкой, 14 (23%) глиом III и 20 (33%) глиом IV степени злокачественности). Абсолютные и нормализованные параметры диффузионного тензора (средняя, аксиальная и радиальная диффузия, фракционная и относительная анизотропия) и диффузионного куртозиса (средний, аксиальный и радиальный куртозис, куртозисная анизотропия) были сравнены между наиболее злокачественными участками глиом различной степени злокачественности (p < 0,05, тест Колмогорова-Смирнова). Результаты. Между глиомами высокой и низкой степени злокачественности все диффузионные параметры, кроме абсолютных фракционной и относительной анизотропии, отличались статистически значимо, а максимальные чувствительность и специфичность были получены для нормализованных среднего куртозиса (85,19 и 85,29%) и радиального куртозиса (85,19 и 85,29%). Между глиомами III и IV степени злокачественности все диффузионные параметры, кроме абсолютных и нормализованных значений фракционной и относительной анизотропии, отличались статистически значимо, а максимальные чувствительность и специфичность были получены для абсолютного среднего куртозиса (92,86 и 90,00%). Между глиомами III и глиомами низкой степени злокачественности статистически значимо отличались нормализованные средний, аксиальный и радиальный куртозис, а максимальные чувствительность и специфичность были получены для нормализованных среднего куртозиса (77,78 и 78,57%) и аксиального куртозиса (77,78 и 78,57%). Заключение. В дифференциации между группами параметры диффузионного куртозиса показали более точные результаты по сравнению с параметрами диффузионного тензора